3. Бурые лесные почвы

Распространены в Закарпатской провинции Западной буроземно-лесной области и Уссурийско-Ханкайской и Зейско-Бурейнской провинциях Восточной буроземно-лесной области. Бурые лесные почвы вместе с бурыми лесными оподзоленными почвами и луговыми темными черноземовидными почвами амурских «прерий» занимают площадь около 45 млн. га.

Бурые лесные почвы в Закарпатской провинции формируются на красноцветных и пестроцветных суглинисто-щебнистых аллювиальных, аллювиально-делювиальных и пролювиальных отложениях полого-увалистых предгорных равнин под широколиственными лесами — буково-дубовыми, буково-грабовыми, дубовыми и дубово-ясеневыми.

Бурые лесные почвы Восточной буроземно-лесной области распространены на обширных межгорных и предгорных слаборасчлененных равнинах, преимущественно на суглинистых и глинистых аллювиальных, элювиально-делювиальных и аллювиальных отложениях, под хвойно-широколиственными лесами, состоящими из саянской ели, пихты, кедра, дуба, клена, липы.

Специфические гидротермические условия определяют характерные процессы почвообразования бурых лесных почв. Одним из основных процессов буроземообразования является процесс оглинения почвенного профиля, т. е. процесс образования и накопления вторичных глинистых минералов, представленных алюмо- и ферросиликатами и свободными гидратами окислов железа. Вторичные глинистые минералы формируются на месте из первичных минералов в результате биохимических и химических реакций, а также в результате вторичного синтеза из продуктов минерализации растительных остатков.

Кроме того, в процессе формирования бурых лесных почв происходит вынос из почвенного профиля легкоподвижных продуктов выветривания и почвообразования в виде органических, органо-минеральных и минеральных соединений. Большое значение для образования бурых лесных почв имеет богатый зольными элементами опад, ежегодно в больших количествах поступающий на поверхность почвы и возвращающий в почву в процессе разложения большое количество зольных элементов, в том числе различных оснований.

Морфологические профили слабо дифференцированы и состоят из следующих генетических горизонтов:

А₀ — лесная подстилка мощностью 0,5-5,0 см, состоящая из опада — листьев, хвои и древесных остатков (в распаханных почвах отсутствует);

A₀A₁ — грубогумусный перегнойный горизонт, темно-серый, рыхлый (в распаханных почвах отсутствует);

А₁ — гумусовый горизонт мощностью 10-20 см, темновато-бурый или серовато-бурый, рыхло-комковатой или комковато-зернистой структуры, суглинистый, иногда содержит включения щебня (на пашне гумусовый горизонт выделяется как А_пах);

B_t — переходный к породе метаморфический горизонт мощностью 25-50 см, бурый или коричнево-бурый, суглинистый, комковато-ореховатой или зернисто-ореховатой структуры, уплотненный, по граням структурных отдельностей отмечаются коллоидальные органо-минеральные пленки, часто большое количество щебня и обломков породы, переход постепенный;

С — материнская порода представлена, как правило, суглинистым каменисто-щебнистым элювием и элюво-делювием плотных пород, реже мелкоземистыми осадочными породами.

Состав и свойства почв значительно варьируются. Для них характерны: высокое содержание гумуса в верхней части профиля, доходящее до 10-16%; резкое преобладание в составе гумуса фульвокислот над гуминовыми (так, Сг : Сф<0,5); слабокислая или кислая реакция; ненасыщенность основаниями. Для них также характерны оглинение, т. е. процесс образования вторичных глинистых минералов, по всему профилю почв; отсутствие выноса ила, небольшое обеднение верхних горизонтов почв илистой фракцией; отсутствие или слабая дифференциация почвенного профиля по валовому составу.

Бурые лесные почвы используются под лесные угодья; в сельском хозяйстве они пригодны под зерновые, овощные, технические, плодовые культуры.

Данный тип почв включает в себя следующие подтипы:

1. Бурые лесные кислые грубогумусные почвы

2. Бурые лесные кислые грубогумусные оподзоленные почвы

3. Бурые лесные кислые почвы

4. Бурые лесные кислые оподзоленные почвы

5. Бурые лесные слабоненасыщенные почвы

6. Бурые лесные слабоненасыщенные оподзоленные почвы

Билет 18 1.Гумификация растительных остатков

Гумификация – это процесс превращения продуктов разложения разных по составу и происхождению органич. остатков в гумусовые вещества.

Протекает в почве, а также при образовании торфа, сапропеля, при компостировании и т. п. процессах. В почвах в Г. участвуют ферменты, микроорганизмы, представители мезо-фауны. Существует много предположений о механизмах Г. Большинство исследователей полагают, что Г. происходит в результате процесса окисления, конденсации и полимеризации органич. в-в ароматич. и белковой природы с участием углеводородов. Г. имеет большое геохимич. значение как один из видов консервации солнечной энергии. С особенностями Г. под пологом леса связаны образование гумуса и плодородие лесных почв. Интенсивность этого процесса в лесу определяется составом древостоя, его возрастом и в определённой мере типом леса.

Надпочвенный опад и внутрипочвенный опад.

Опад состоит из различных органических соединений: 1. Углеводы (в составе углеводов преобладает целлюлоза и гемицеллюлоза); 2. белковые вещества; 3. лигнин; 4. липиды; 5. Дубильные вещества.

C₆H₁₀O₅ целлюлоза

C₂₀H₃₀ Смолы

В белковых появляется N₂.

Подвергаются воздействию микроорганизмов и с этим опадом происходят сложные биохимические превращения. В горизонтах Ao, Aov, A1 3 процесса:

1. Тление - в результате этого процесса органические вещества с опадом превращаются в полностью окисленные вещества (H₂ CO_3, H₂O), соли(Ca₂ SO_4, K₂CO₃ ) и окислы (Al₂O_3, Mn₂O₃ ).

2. Гниение – процесс анаэробный в результате гниения образуются вещества:

CH_{4 ,} H₂S, H_2, NH₃, PH_3.

3. Брожение – образование сложных органических соединений (спирты, альдегиды, органические кислоты).

Минерализация вызывается микроорганизмами.

C , H, O CO_2, H₂O

Минерализация

Углеводы переходят в моносахариды (происходит в результате гидролиза), затем брожение (спирты) → подвергаются дальнейшему брожению → уксусная кислота → распадается до углекислоты → CO₂↑ и H₂O.

Белковые соединения переходят в пептоны, затем в пептиды, затем в аминокислоты, далее в фенольные соединения → распад до H₂O и CO₂

В процессе минерализации из недоступной в доступную переходят K,P, S, N.

Наряду с минерализацией в подстилочных горизонтах ( Ao, Aov, Ad, A1) происходит сложный геохимический процесс – гумификация (образуется гумус).

Растительные остатки. I стадия moor

Углеводы белковые лигнины

вещества

фенольные амино- фенольные II стадия moder

соединения кислоты соединения

конденсация III стадия mull

полимеризация

I стадия – растительные остатки еще сохраняют свое анатомическое строение, наиболее прочные растительные ткани сохраняются, но такие как паренхима – разлагаются. В результате разложения образуются аминокислоты и фенольные соединения. Происходит в подстилочных горизонтах: Ao, Aov - верхняя часть. Растительные остатки приобретают бурый цвет.

II стадия moder. Фенольные соединения и аминокислоты подвергаются конденсации, т. е. они объединяются. На этой стадии растительные остатки полностью утрачивают свое анатомическое строение. Конденсация в средней части (Ao’’) – слои ферментации. Преобладает черная окраска.

III стадия mull – гумусовая. Осуществляется в слое гумификации Ao’’’ . образование гумуса.

Органическое вещество почвы(100%) – сумма 2-х слагаемых.

1.Органические вещества индивидуального природы (протеины, углеводороды, аминокислоты, сахара, органические кислоты, полифенольные соединения)- 10-15%.

2. Группа специфических органических веществ почвы (гумус) – 90-85%.

Гумус- это система органоминеральных азотсодержащих соединений циклического строения и кислотной природы.

В составе гумуса органоминеральные и азотсодержащие соединения: C, O, H, + N+ S , Fe, Zn, P и т. д.

Циклического строения.

Кислотной природы – способность гумуса вести, как кислоты. Гумус может реагировать с металлами, входящими в состав почвы.

Гумус = Фульвокислоты + гуминовые кислоты + гумины.

Фульвокислоты. Образуются преимущественно в составе гумуса в составе лесных почв. Фульвокислоты – это сильные кислоты – легко взаимодействуют с металлами, входящими в состав минералов твердой фазы почвы, при взаимодействии с металлами образуются соли. Фульвокислоты + Fe →фульваты.

Фульваты щелочноземельных элементов (Na, K, Ca) при взаимодействии образуются фульваты, которые растворяются в воде. Легко вымываются из почвенной толщи. При взаимодействии фульвокислот с полуторными оксидами (Te, Al, Mn) – образуются фульваты, которые растворимы лишь в кислой среде, а при снижении кислотности выпадают в осадок в горизонте B. Фульвокислоты хорошо растворимы в воде и хорошо перемещаются в почве.

Г уминовые кислоты. В почве травянистых сообществ. В отличии от фульвокислот гуминовые кислоты нерастворимы в воде. Они неподвижны, слабые кислоты – плохо взаимодействуют с металлами, входящими в состав твердой фазы почвы. При взаимодействии с металлами образуются гуматы. Гуматы Ca, Mg – нерастворимы в воде, гуматы K, Na - растворимы- наблюдается при переувлажнении почв – переходят в состояние золя.

Р азличие фульво- и гуминовых кислот:

Длина молекулы.

Периферические радикалы свойства кислот (активность).

разное количество атомов (C, N)/

Гумус является важнейшим компонентов почвы, который определяет многие свойства почв.

1. Содержание гумуса выражают в %. Колеблется от долей %- от 0.01 до 16%

В верхних слоях почвы (A1,Ad).

2. запасы гумуса в тоннах на Га. Содержание гумуса во всех слоях почвы.

1 га = 100*100 = 10000 м ².

V = 10000 * 0.2 = 2000 м ³ .

Средний удельный вес почвы 1.5 т/ м ³

Вес почв = 2000 м ³ * 1.5 т/ м ³ = 3000 т

3000 т = 100%

150 т = 5%.

Может быть 700 т/га.

Содержание гумуса с глубиной меняется: лесные цинозы – резко убывает с глубиной, травянистые сообщества – плавно убывает с глубиной.

Гумус влияет на:

1. Наличие азота в почвах (60% азота из гумуса, которые получают растения).

2. Содержание других зольных элементов (S, P, K).

3. Емкость поглощения – прямопропорционально (Чем ↑ гумуса, тем ↑ Ёмкость поглощения).

4. Кислотность почв (РН). Лесные почвы обладают кислой реакцией по сравнению с травянистыми сообществами.

5. Структура почв: чем больше гумуса, тем лучше структура, так как гумус является “цементом”.

6. Направленность процессов почвообразования, где гуминовые кислоты – там аккумулятивный тип. Где фульвокислоты – там элювиальный.

7. Тепловые свойства почв. Чем ↑ гумуса, тем почва лучше, быстрее и глубхе прогревается.

8. Аккумулятор солнечной энергии.

9. Гумус способен связывать пестициды.

Поступающие в почву органические остатки подвергаются различным биохимическим и физико-химическим превращениям, в результате которых большая часть органического вещества окисляется до конечных продуктов, преимущественно СО₂, Н₂О и простых солей (минерализация), а мень­шая, пройдя сложные превращения, называемые в совокуп­ности гумификацией, включается в состав специ­фических гумусовых веществ почвы. В самом общем видепонятие гумификации может быть определено как совокупность биохимических и физико-химических процессов, итогом которых является превращение органических веществ инди­видуальной природы в специфические гумусовые вещества, характеризуемые некоторыми общими свойствами и чертами строения. Эти общие свойства перечислены выше при определении понятия «гумусовые вещества». При таком определении понятия «гумификация» и «гумусообразование» имеют одинаковый смысл. Некоторые авторы (Л. Н. Александрова) понятие «гумификация» рассматривают более широко, включая в него не только процессы образования гумусовых веществ, но и их дальнейшую трансформацию и деградацию до полной минерализации. Биохимия трансформации различных компонентов растительных остатков при гумусообразовании изучена недостаточно, поэтому существующие схемы этого процесса носят гипотетический характер. Рассмотрим кратко наиболее распространенные современные концепции гумусообразования. Конденсационную (полимеризационную) концепцию разрабатывали в разные годы А. Г. Трусов, М. М. Кононова, В. Фляйг. М. М. Кононова следующим образом формулирует основные положения, составляющие сущность процесса гу­мификации: 1) процесс гумификации растительных остатков сопровождается минерализацией входящих в них компонен­тов до СО₂, Н₂О, NH₃ и других продуктов; 2) все компонен­ы растительных тканей могут быть первоисточниками структурных единиц в формах продуктов распада, продук­тов микробного метаболизма и продуктов распада и ресинтеза; 3) ответственным звеном процесса формирования гумусовых веществ является конденсация струк­турных единиц, которая происходит путем окисления фе­нолов ферментами типа фенолоксидаз, через семихиноны до хинонов и взаимодействия последних с аминокислотами и пептидами; 4) заключительное звено формирования гуму­совых веществ — поликонденсация (полимеризация) яв­ляется химическим процессом. При гумификации органи­ческих остатков отдельные звенья процесса тесно скоорди­нированы и могут протекать одновременно. Таким образом, согласно изложенным представлениям, собственно процесс гумификации начинается с простых мо­номеров — продуктов распада биологических макромолекул или метаболитов почвенных микроорганизмов. Как М. М. Кононова, так и В. Фляйг допускали возможность участия в реакциях конденсации наряду с мономерами и высокомолекулярных фрагментов лигнина, белков и др. Со­гласно конденсационной концепции гумусообразования, фульвокислоты являются предшественниками гуминовых кислот. Концепция биохимического окисления предложена в 30-х годах И. В. Тюриным и развивалась в работах Л. Н. Александровой, согласно которой гумификация — сложный био-физико-химический процесс превращения вы­сокомолекулярных промежуточных продуктов разложения органических остатков в особый класс органических соеди­нений — гумусовые кислоты. Ведущее значение в процессе гумификации имеют реакции медленного биохимического окисления, в результате которых образуется система высо­комолекулярных органических кислот. Гумификация — длительный процесс, в течение которого происхо­дит постепенная ароматизация молекул гуминовых кислот не за счет конденсации, а путем частичного отщепления наи­менее устойчивой части макромолекулы новообразованных гуминовых кислот. Молекулярная масса новообразованных гуминовых кислот выше, чем гуминовых кислот почвы (чер­нозема), а элементный состав колеблется в зависимости от химического состава растительных остатков, подвергаю­щихся гумификации. Биологические концепции гумусообразования предполагают, что гумусовые вещества — продукты синтеза различных микроорганизмов. Данная точка зрения была выска­зана В. Р. Вильямсом, который объяснял качественную не­однородность гумусовых веществ почв участием в их обра­зовании различных групп микроорганизмов — аэробных и анаэробных бактерий, грибов и рассматривал различные группы гумусовых веществ как экзоэнзимы разных групп микроорганизмов. В последующих исследованиях экспери­ментально была показана возможность синтеза темноокра-шенных гумусоподобных соединений различными группами микроорганизмов. По мнению Д. С. Орлова, в почвах могут иметь место процессы гумусообразования, идущие как по конденсационному пути, так и по пути биохимического окисления. При этом в почвах черноземного типа с повышенной биоло­гической активностью преобладает конденсационный путь с глубоким распадом исходного органического материала. В почвах дерново-подзолистого типа с пониженной биоло­гической активностью глубокого распада органических остатков, вероятно, не происходит. Крупные фрагменты лигнина, белков, полисахаридов, пигментов путем карбоксилирования и деметоксилирования постепенно трансфор­мируются в гумусовые вещества. Но и в этом случае нет основания полностью отрицать участие мономеров, которые вступают в реакцию конденсации или обмена с гумусовыми и прогумусовыми кислотами на разных этапах процесса гумификации. Накопление в почвах специфических гуму­совых соединений является результатом, по выражению Все перечисленные взгляды на образование гумусовых веществ рассматривают гумификацию от исходных веществ до формирования зрелой системы гумусовых соединений. Между тем, как показали эксперименты с меченными ¹⁴С растительными остатками, в современных нормально функционирующих почвах, гумусовый профиль которых уже сформировался, включение продуктов разложения свежих растительных остатков в состав гумусовых веществ наряду с образованием новых молекул специфических соединений происходит в значительной мере по типу, названному фрагментарным обновлением гумуса. Его суть состоит в том, что продукты разложения не формируют целиком новую гумусовую молекулу, а включаются за счет конденсации сначала в перифери­ческие фрагменты уже сформированных молекул, а затем, после частичной минерализации, образуют более устойчивые циклические структуры. Таким образом, атомный и фраг­ментарный состав почвенного гумуса постоянно обновляет­ся за счет новых поступлений органического материала. При этом периферические фрагменты обновляются в не­сколько раз быстрее, чем ядерные. Существование такого механизма доказано путем прямого изучения включения меченых органических веществ в состав гумусовых молекул, а затем подтверждено косвенно методом раздельного радио­углеродного датирования ядерных и периферических фраг­ментов почвенного гумуса. При этом периферические фраг­менты оказались заметно моложе ядерных. Методом изотопных индикаторов также показано, что продукты разложения включаются практически одновре­менно во все группы гумусовых веществ, причем в количе­ствах, приблизительно пропорциональных содержанию этих групп. Таким образом, сформированный почвенный гумус как бы регулирует свое не только количественное, но и ка­чественное воспроизводство, действуя как своеобразная матрица (механизм матричной достройки гумуса). Это отчасти объясняет относительную стабильность в качествен­ном составе гумуса, которую очень трудно удается изменить путем воздействия через внешние факторы. Методом изотопных индикаторов было также показано наличие иного механизма обновления гумусовых веществ в профиле подзолистых почв за счет обменной молекуляр­ной сорбции гумусовых молекул, поступающих в составе почвенного раствора из зоны формирования гумуса (напри­мер, лесной подстилки) в минеральную часть профиля. Этот механизм назван молекулярным обменно-сорбционным обновлением.

2. Принципы генетической классификации почв, номенклатура, типы, виды.

Генетический почвенный тип является главной таксономической единицей. Понятие о типе почвообразования введено П. С. Коссовичем, а точно установлено и развито В. В. Докучаевым, В. Р. Вильямсом, К. Д. Глинкой, К. К. Гедройцем и др. Это суммарное понятие о группе почв или ряде конкретных почв. В один тип объединяют почвы, развивающиеся в одинаковых природных условиях и характеризующиеся ярким проявлением основного почвообразовательного процесса, однотипностью поступления и трансформации органического вещества, минеральной массы, процессов миграции и аккумуляции вещества, почвенных режимов в целом, сходством строения почвенного профиля, характером мероприятий по воспроизводству их плодородия. К почвенным типам относят: подзолистые, бурые лесные, серые лесные почвы, черноземы, каштановые, бурые полупустынные почвы, красноземы, желтоземы, солончаки, солонцы, солоди.

Генетические типы почв подразделяют на подтипы, роды, виды, разновидности и разряды, а также на генетические ряды — автоморфный, полугидроморфный, гидроморфный и пойменно-аллювиальный.

Подтипы — это группы почв, представляющие собой переходные почвенные образования между типами почв. В них из-за смены провинциальных природных условий общие признаки почвенного типа дополняются особыми чертами в их профиле. Появление подтипов обусловлено наложением дополнительного процесса почвообразования (например, чернозем оподзоленный, выщелоченный, обыкновенный), спецификой положения в пределах почвенной зоны (чернозем южный), существенной динамикой основного признака типа (темно-каштановые, каштановые, светло-каштановые почвы). По сумме активных температур почвы (более 10 °С) на глубине 20 см и продолжительности отрицательных температур на той же глубине почвы делят на фациальные подтипы: теплые промерзающие, умеренно-холодные длительно промерзающие, холодные длительно промерзающие.

Роды выделяют в пределах подтипа для выявления наиболее важных местных особенностей почвообразования, связанных со свойствами почвообразующих пород, составом и глубиной залегания грунтовых вод, наличием реликтовых признаков, антропогенных характеристик почвообразования.

Виды выделяют в пределах рода. В виды объединяют группы почв, различающиеся по степени развития основного почвообразовательного процесса, проявляющегося в мощности горизонтов, интенсивности накопления гумуса, карбонатов, легкорастворимых солей (мало-, средне- и многогумусовые черноземы; слабо-, средне- и сильноподзолистые почвы и др.). Виды выделяют и по степени эродированности, окультуренности и другим признакам.

Разновидности выделяют в пределах вида. Они отражают различия почв по гранулометрическому составу верхних почвенных горизонтов (рыхлопесчаные, связнопесчаные, супесчаные, легкосуглинистые, среднесуглинистые, тяжелосуглинистые, глинистые).

Разряды — группы почв, формирующиеся на однородных в генетическом отношении почвообразующих породах разного происхождения и петрографического состава (на граните, известняке, аллювии, моренных отложениях и др.).

Российская классификация почв является генетической, отражающей их морфологические, экологические и эволюционные особенности. Она построена на логически обоснованной системе таксономических единиц.

Номенклатура почв — перечень, совокупность наименований и терминов почв в соответствии с их классификационным положением и свойствами. В. В. Докучаев и Н. М. Сибирцев в основу номенклатуры положили народные названия по окраске, которые отражали наиболее характерные свойства почв. Так, были введены типы — подзол, чернозем, краснозем и др. Затем были введены типы — сероземы, желтоземы, каштановые и коричневые почвы. Позднее из-за сходства окраски верхних горизонтов стали добавлять в названии и краткую экологическую характеристику условий формирования типа (бурые лесные, бурые полупустынные). Для арктических, тундровых, луговых и болотных почв в основу названия положены преимущественно экологические условия. Часть почвенных типов (торфяно-глеевые, перегнойно-карбонатные, солонец, солончак, солодь и др.) названы в соответствии со своеобразием их верхних почвенных горизонтов.

Для определения подтипов выделяют центральный подтип, который называют обыкновенным, или типичным, а затем переходные по дополнительным процессам (чернозем выщелоченный, оподзоленный), окраске (светло-серые, темно-серые), положению внутри зоны (чернозем южный).

При выделении родов определяют характерные или реликтовые свойства почв (солонцеватые, осолоделые, солончаковые, остаточно-луговые, остаточно-карбонатные и др.). Виды выделяют по мощности, количеству гумуса, характеру и глубине вскипания, выраженности оподзоленности и пр. Номенклатура разновидностей основывается на гранулометрическом составе, а номенклатура разрядов — на литологии почвообразующих пород. В полном названии почвы приводят характеристики всех таксонов. Например, чернозем (тип) обыкновенный (подтип) солонцеватый (род), среднегумусный среднемощный (видовые термины) легкосуглинистый (разновидность) на лёссе (разряд).

По Л. Б. Богатыреву и др., диагностика почв — процесс описания почв в соответствии с определенными правилами в целях их систематического определения.

3. степень устойчивости первичных минералов к выветриванию Минералы, подвергающиеся химическому выветриванию, называются первичными. К ним относятся как простые соли, так и основная часть минералов магматических пород: кварц, полевые шпаты, роговые обманки и т. д.  Первичные минералы - магматического и метаморфического происхождения.

Первичные минералы. Наиболее распространенными пер­вичными минералами в породах и почвах являются кварц, полевые шпаты, амфиболы, пироксены и слюды. Поскольку первичные минералы обладают различной устойчивостью к выветриванию, относительное содержание их в почвообразующих породах и почвах иное, чем в магматических породах. Так, в рыхлых породах больше кварца (SiO₂), как наиболее устойчивого к выветриванию минерала. Его содержание достигает 40—60 % и более. Второе место обычно занимают полевые шпаты (до 20 %), также обладающие большой механической прочностью, но менее устойчивые к химиче­скому выветриванию. Среди них широко распространен ортоклаз (KAlSi₃O₈), реже встречаются натриево-кальциевые полевые шпаты или плагиоклазы. Кварц и полевые шпаты крупнозернисты, поскольку вы­ветривание их идет медленно. Они сосредоточены главным образом в песчаных и пылеватых частицах. Амфиболы, пироксены и многие слюды легко поддаются выветриванию, поэтому в рыхлых породах и почвах они содержатся в небольших количествах в виде мелких кри­сталлов. Устойчивость к выветриванию определяется природой минералов, их различием в химическом составе и кристаллической структуре. Рассматриваемые минералы, как боль­шинство минеральных химических соединений, обладают структурами ионного типа, образованными проти­воположно заряженными ионами. Ионы в кристаллах мине­ралов расположены в виде геометрически правильной про­странственной решетки, называемой кристалличе­ской. Благодаря такому строению кристаллы минералов имеют форму геометрически правильных многогранников. Для каждого минерала характерны своя кристаллическая решетка и определенная форма кристаллов. Взаимное расположение катионов и анионов в кристаллической решетке обусловливается их объемом или радиуса­ми (ионы можно представить в виде сфер определенного радиуса). Число ионов противоположного знака, окружаю­щих данный ион, называется координационным числом. Чем больше радиус иона, тем больше вокруг него может разместиться без взаимного соприкосновения противоположно заряженных ионов. Главным элементом структуры широко распространенных в почве кислородных соединений кремния является кремнекислородный тетраэдр (SiO₄)^-4, в вершинах которого располагаются четыре иона кислорода, а в центре — ион кремния. Кремнекислородный тетраэдр обладает четырьмя свободными валентными связями, которые могут быть ком­пенсированы присоединением катионов или соединением с другими кремнекислородными тетраэдрами. Тетраэдры, соединяясь через кислородные ионы, образуют различные сочетания или типы структур: островные, цепные, ленточные, листоватые (слоистые), каркасные. Каркасная структура распространена в полевых шпатах, кварце, цепная — в пироксенах, листоватая — в слюдах, глинистых минералах, ленточная — в амфиболах, остров­ная — в оливине. Значение первичных минералов разносторонне: от их количества (особенно крупнозернистых фракций) зависят агрофизические свойства почв, они являются резервным источником зольных элементов питания растений, а также образования вторичных минералов. Свойства горных пород, влияющих на темпы физического выветривания:

Особенности структуры. Во-первых, влияет размер минеральных зёрен в породе. Чем они крупнее, тем значительнее колебания объёма каждого зерна. И тем быстрее будет идти дезинтеграция. Следовательно, более мелкозернистая порода будет при прочих равных условиях устойчивее к физическому выветриванию. Во-вторых, различным может быть характер соединения минеральных зёрен в породе – и, соответственно, более или менее прочной связь между ними.

Минеральный состав. Различные минералы имеют разный коэффициент температурного расширения. Чем он больше, тем менее устойчива горная порода к перепадам температуры. Существенное влияние оказывает и число видов породообразующих минералов в составе породы. Когда их несколько, величины изменения объёма у минерала каждого вида свои, что также ослабляет устойчивость. Поэтому мономинеральные горные породы в целом будут устойчивее полиминеральных.

Окраска. Более тёмная горная порода под воздействием солнечных лучей нагревается сильнее и подвержена большим колебаниям температуры и объёма. Так что при прочих равных условиях светлая горная порода будет более устойчива к физическому выветриванию, чем тёмная.

В целом, чем мельче и однороднее по составу обломки горной породы, тем выше их устойчивость к физическому выветриванию.

Билет 19

Учение В.В. Докучаева о факторах почвообразования

Учение В.В. Докучаева о факторах почвообразования, как научная основа почвоведения и картографии. Почва - это верхний плодородный слой земли, который видоизменен и изменяется под действием факторов почвообразования. Факторы почвообразования: почвообразующая порода, климат, растительность, рельеф, хозяйственная деятятельность человека. Докучаев развил учение о происхождении почвы, определяющая взаимосвязь факторов почвообразования. Почвообразования (материнская) - поверхностная толща горных пород, из которой образовалась почва. В РБ почвы формировались на четвертичных антропогенных отложениях, связанных с деятельностью ледников. Мореные отложения - характеризуются неоднородным механическим. составом, размеры от илистых частиц до волунов-отторженцов (в северной части РБ). Водно-ледниковые отложения - формировались при таянии ледников (в центральной и южной части РБ). Древнеаллювиальные - наносы в долинах рек при стоке ледниковых вод (крупноземы, мелкоземы, слоистость). Озерно-ледниковые. Лессы и лессовидные отложения. Аллювиальные отложения - слагают пойменные и надпойменные террасы, отличаются слоистостью, размерами сложенных материалов. Погребены древние отложения торфа. Эоловые – распространены, где много песков (полесье). Болотные отложения представлены торфом. В РБ сельскохозяйственные земли имеют в большой степени распространение легкосуглинистые, связносупесчаные, рыхлосупесчаные. Климат - фактор определяющий интенсивность и цикличность круговорота обмена веществ.

Оказывает влияние на тепловой, воздушный, водный, окислительно-востоновительный, питательный режимы. Оказывает влияние на протекание и развитие эрозии. Северная зона умеренная теплая и влажная, Центральная - теплая, умеренная, влажная. Южная - теплая, неустойчиво влажная. Растительность. Зеленым растениям принадлежит ведущая роль в почвообразовании, они извлекают из породы зольные элементы и азот, синтезирует органическое вещество в процессе фотосинтеза, которое через опад попадает в почву, в результате чего происходит накопление. Состав разложившихся растений влияет на различные процессы протекающие в почве. В настоящее, время природный растительный покров составляет около 67%, леса 34...41%. РБ делится на 3 подзоны: дубово-темнохвойные леса, переходная зона грабаво-дубово-темнохвойная подзона, широколиственно-сосновые леса. Под лиственными породами - буроземообразование. 17% территории занимают луга, большинство внепойменные, 12% болотная растительность. Рельеф - совокупность различных по форме, размерам и происхождению неровностей поверхности. Влияние рельефа: - является главным фактором перераспределения солнечного света и осадков, оказывает влияние на питательный, водный, тепловой, окислительно-востоновительные режимы, - на развитие эрозионных процессов (в условиях склонных форм проявляется водная эрозия, а на равнинах ветровая) - фактор развития растительности (на разных склонах разная растительность). На территории РБ антропогенные процессы осуществляются в следующих направлениях: - извлечение из недр Земли полезных ископаемых (нарушение естественно-сложившихся горизонтов почвенного профиля, исчезновение целых горизонтов, изменение геологического строение, загрязнение поверхности почвы.) Сельскохозяйственная деятельность приводит к изменению строения почвенного профиля. Исчезают горизонта Ad, А1, А2 а появляется Ап. Изменяются физико, физико-химические, биологические свойства, изменяется водный, питательный режимы. Деятельность человека вызывает развитие эрозии (ветровая). Происходят изменения и с водоемами - инженерно-техническое направление (строение городов изменяется, рельеф, гидросеть, растительный покров; строение производственных сооружений, фабрик, заводов, электростанций). Используя методы экстраполяции (предположение) и генерализации (объединение) - вырисовывают почвы, контура по рельефу. Есть связь между почвообразующими породами, деятельностью ледника и рельефом

Почвы арктических и субарктических зон

Почвенный покров субарктического и арктического пояса дифференна арктических почв и субарктическую зону тундровых почв. В пределах последней выделяются фации. В зоне Арктики растительный покров развит локально, прерываясь выходами скальных пород, каменистых осыпей, ледяных покровов. Выветривание главным образом физическое — сильно развиты процессы вымораживания и морозного выветривания (трещины, каменистые кольца, многоугольники, сети, каменные ямы, потоки и т. п.). Характерно выветривание на месте (внутригоризонтное), дегидротация железистых соединений в условиях нейтральной или слабощелочной среды.

Основные почвы: арктические пустынные и арктические типичные гумусовые с очень неравномерным по мощности гумусовым горизонтом, с образованием гумусовых карманов под куртинами растительности. Почвы, насыщенные основаниями, часто карбонатные и засоленные, все крайне маломощные, в основном каменистые.

В субарктической зоне также сильно развиты морозные явления, что приводит к образованию трещин, полигонов. Часто трещиноватость осложняется выпучиванием, солифлюкцией, термокарстом, оползнями. В результате создается своеобразный микрорельеф, более дифференцированный, чем в Арктике, в связи с большей влажностью грунтов и более мощным деятельным слоем. Растительность отсутствует лишь на участках с сильной ветровой коррозией и на выходах щебнистых пород. Основу растительности составляют мхи (на повышениях — ксерофитные, в понижениях — мезофитные), лишайники, осоки.

Основные почвы: аркто-тундровые и тундровые глеевые. Они характеризуются близким залеганием льдистой многолетней мерзлоты, что приводит к застойному переувлажнению и оглеению профиля, длительному пребыванию в мерзлом состоянии, криогенному массо- и влагообмену, горизонтальному надмерзлотному элювиированию. Процессы выветривания минералов и разложение растительных остатков замедленные; характерны тиксотропность,накопление гидроокисей алюминия и железа. При разложении растительных опадов в условиях краткого теплого периода, низких температур и постоянного перереувлажнения образуются в основном фульвокислоты, главным образом прочно связанные с минеральными коллоидами и полуторными окислами, что свидетельствует об их инертности по отношению к минералам.

Криогенез и его роль в почвообразовании

КРИОГЕНЕЗ — (от крио... и ...генез) совокупность физических, химических, биохимических и других процессов, происходящих в пределах криосферы и сопровождающихся образованием льда

В главе кратко рассмотрена история исследований почв в зоне вечной мерзлоты, приведены основные этапы формирования представлений о влиянии мерзлоты на структуру почвенного покрова и свойства почв. Дан анализ представлений о понятийном аппарате, связанном с вечной мерзлотой: криопедосфера, педокриогенез, криогенные процессы и явления. Систематизирован перечень процессов и явлений, приуроченных к криогенным почвам, приведена история обсуждений вклада этих процессов в формирование и свойства почв севера. Рассмотрены вопросы классификации криогенных почв. К настоящему моменту в почвоведение введено понятие почвенный криогенез (педокриогенез), в форме которого мерзлота проявляет свою активную почвообразующую роль. Почвенный криогенез рассматривается как совокупность физических, химических и биологических преобразований в почвах, происходящих под влиянием отрицательных температур, т.е. при их промерзании, пребывании в промерзшем состоянии и протаивании, развивающихся в пространстве и времени (Макеев, 1981, 1999; Худяков, 2002). В результате действия процессов почвенного криогенеза в почвах формируются специфические криогенные признаки, горизонты, режимы (Макеев, 1999). Криогенные явления отражаются в рельефе, изменяя структуру почвенного покрова, профиль почвы, отдельный генетический горизонт, оказывают существенное влияние на молекулярном и ионном уровнях (Худяков, 2002). Влияние криогенеза оценивается столь высоко, что некоторые исследователи предлагают рассматривать криогенез, как иерархическое подразделение в системе факторов почвообразования (Макеев, 1981). В современной отечественной и зарубежной литературе изучению криогенных процессов и явлений уделяется большое внимание (Smith аt аl, 1991; Walker, at al, 2008; Michaelson et al, 2008; Ping at al, 2008 и др.). тут по этой теме нихренашеньки нет, но вот вроде тоже ничего

Результат криогенеза — образование трещинных полигонов и термокарста. Поверхность разбита сетью трещин на шестигранники со сторонами 1—15 м, эта сеть дробится трещинами на более мелкие полигоны. Трещины на отдельных участках имеют ширину до нескольких метров и глубину до 1 м. Ширина мелких трещин 1—5 см. В результате образуются в основном трещиновато-полигональные формы рельефа. На склонах микрорельеф осложняется выпучиванием, оползневыми процессами, солифлюкцией, вследствие чего рельеф приобретает вид своеобразных куполообразных, островершинных мелких бугров — байджараков (Иванова, 1962).

Почвообразующие породы — плейстоценовые суглинки, мерзлые и льдосодержащие аллювиально-озерные суглинисто-песчаные отложения с аллохтонным торфом, грубообломочный элювий — делювий коренных пород, морские песчано-глинистые отложения.

Растительность по сравнению с арктической пустыней менее разреженная. Она дифференцирована по элементам рельефа, обеднена видами. В полигональных арктических тундрах до 70% площади лишено растительного покрова, а в кочкарных тундрах — не более 30%.

Аркто-тундровые почвы характеризуются по материалам исследований Б. Н. Городкова, И. В. Игнатенко, Н. А. Караваевой, И. Т. Ливеровской, И. С. Михайлова и др.

Почвенный покров, так же как и растительность, тесно связан с криогенезом и дренированностью. Преобладают слабодренированные участки, вследствие чего аркто-тундровые почвы в различной степени переувлажнены и оглеены, с тиксотропными и мерзлотными процессами. Почвенный покров не сплошной, почвы образуют сочетания и комплексы.

Аркто-тундровые гумусные глееватые почвы формируются главным образом под злаково-разнотравно-кустарничково-моховой растительностью в микропонижениях среди полигонов на увалах. Под дерниной образуется маломощный (редко превышающий 5 см) горизонт А коричнево-бурого или темно-коричневого цвета с серым оттенком, с большим количеством корней. Ниже выделяется темно-бурый или коричнево-бурый горизонт Bg с бледными рыжеватыми и сизоватыми пятнами, который с глубины 20—30 см переходит в бурый горизонт В без следов оглеения. С 40—50 см начинается мерзлый с льдистыми прожилками или прослоями горизонт, иногда со щебнем и глыбами пород. В некоторых почвах наблюдаются погребенные гумусовые горизонты, сохраняющиеся в результате перемещения почвенной массы.

Билет 20